借助專題訓(xùn)練，突破電磁感應(yīng)難題

楊洋

(浙江省湖州市南潯高級中學(xué))

電磁感應(yīng)是物理學(xué)科高考中的必考知識點之一.為提高學(xué)生解答相關(guān)習(xí)題的能力,教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生的實際情況,做好相關(guān)習(xí)題類型的總結(jié)工作,開展專題訓(xùn)練,從而使學(xué)生順利突破解答電磁感應(yīng)難題的障礙,掌握相關(guān)解題技巧,逐步提升自身的解題自信.

1 電磁感應(yīng)定性判斷問題

例1如圖1所示,在水平面上豎直放置一條形磁鐵,將一閉合圓形鋁環(huán)從條形磁鐵的正上方由靜止釋放,則其下落過程中().

圖1

A.鋁環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向不變

B.磁鐵對桌面的壓力始終大于其自身重力

C.鋁環(huán)受到先向上后向下的安培力

D.鋁環(huán)的加速度小于或等于g

分析解答本題需要對條形磁鐵磁場規(guī)律有個大致的了解.從整個運動過程來看,鋁環(huán)先靠近磁鐵后遠離,由楞次定律不難判斷,從上向下觀察,鋁環(huán)靠近磁鐵產(chǎn)生逆時針方向的電流,遠離時產(chǎn)生順時針方向的電流,選項A 錯誤.當鋁環(huán)下落至條形磁鐵中間位置時,無感應(yīng)電流,此時磁鐵對桌面的壓力為其自身重力,選項B 錯誤.由楞次定律可知,鋁環(huán)靠近、遠離受到的安培力總是向上的,選項C 錯誤,選項D正確.

技巧總結(jié)明確條形磁鐵磁感線方向,運用楞次定律分析鋁環(huán)受力以及產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向是解答本題的關(guān)鍵.

2 電磁感應(yīng)圖像判斷問題

例2如圖2所示,邊長為a的正方形區(qū)域內(nèi)存在大小相等,方向相反的勻強磁場,分布位置以及方向在圖中已經(jīng)標明.一邊長為a的正方形線框在t＝0時,沿x軸開始進入磁場區(qū)域.以線框中順時針方向的電流為正方向,則以下表示線框位移和電流之間的關(guān)系正確的是().

圖2

分析本題看似較為復(fù)雜,但只要選擇特殊的位置進行判斷即可以快速得到答案.當線框剛進入磁場時,由右手定則可知產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向為順時針,排除A項.線框離開時產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向也為順時針,排除C項.當線框位移為時,電流為0,此時繼續(xù)沿x軸向右運動,產(chǎn)生逆時針方向的電流,此時可排除D 項,故選項B正確.

技巧總結(jié)解答該類習(xí)題注重選擇線框運動的特殊位置進行分析,采用排除法可大大提高解題效率.

3 電磁感應(yīng)定量計算問題

例3如圖3所示,將一寬度為L,上端連接一電阻R,足夠長的導(dǎo)軌和水平面成θ角放置.一電阻為r,質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒ab靜止在導(dǎo)軌上,其和導(dǎo)軌的動摩擦因數(shù)μ＝tanθ.正方形虛線內(nèi)存在一大小為B的勻強磁場,方向垂直于導(dǎo)軌平面向上.當磁場區(qū)域沿導(dǎo)軌平面向上運動時,導(dǎo)體棒ab也會隨之運動,并且最終以v0的速度勻速運動.導(dǎo)體棒ab始終未離開磁場區(qū)域,導(dǎo)軌電阻忽略,則().

圖3

技巧總結(jié)解答此類習(xí)題應(yīng)注重掌握、熟練應(yīng)用電磁感應(yīng)公式,同時結(jié)合所學(xué)的電路知識.

4 采用等效法突破電磁感應(yīng)難題

例4如圖4所示,足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ所在平面和水平面夾角θ＝30°,導(dǎo)軌之間的距離L＝1m,M、P兩端之間接有一個阻值R＝3Ω的電阻,金屬棒ab和導(dǎo)軌垂直且接觸良好,整個裝置位于方向垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強磁場之中,磁感應(yīng)強度B＝2T.現(xiàn)在導(dǎo)軌上某一位置由靜止釋放金屬棒,當金屬棒沿著導(dǎo)軌下滑距離x＝50m 后開始勻速下滑.已知金屬棒的電阻r＝1Ω,質(zhì)量m＝2kg,下滑過程中金屬棒始終和導(dǎo)軌垂直,導(dǎo)軌電阻忽略不計,重力加速度g取10m·s－2,那么金屬棒從靜止釋放到開始勻速下滑的過程中所產(chǎn)生的熱量是多少? 運動時間是多長?

圖4

分析金屬棒受到豎直向下的重力以及磁場對它的安培力,結(jié)合題意可知金屬棒是先沿著導(dǎo)軌下滑,這時重力分力和安培力不平衡,當兩者大小一樣時,金屬棒開始做勻速運動.要計算金屬棒產(chǎn)生的熱量,需先結(jié)合牛頓第二定律計算出金屬棒中的電流大小,再把金屬棒等效成電源,且同導(dǎo)軌構(gòu)成一個閉合回路,熱量主要由R和電源內(nèi)阻這兩個電阻所產(chǎn)生.計算總熱量時要用到能量守恒定律,金屬棒重力所做功的一部分轉(zhuǎn)化為動能,另一部分產(chǎn)生熱量.計算出總體熱量以后,再結(jié)合這兩個電阻的大小比較計算出由金屬棒所貢獻的那部分熱量.計算金屬棒從下滑到勻速運動的時間,要結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律,先利用動量定理求出電勢大小,再根據(jù)變化的磁通等于電動勢計算出時間.

5 總結(jié)

總而言之,在高中物理解題學(xué)習(xí)過程中,面對難度較大的電磁感應(yīng)類試題,不僅要做好基礎(chǔ)知識和典型例題的理解,還要進行專題訓(xùn)練活動,并在解題訓(xùn)練中不斷積累解題經(jīng)驗,慢慢掌握更多的解題技巧.

(完)